RU2319918C2 - Multi-pass shell-and-tube heat-exchanger - Google Patents
Multi-pass shell-and-tube heat-exchanger Download PDFInfo
- Publication number
- RU2319918C2 RU2319918C2 RU2005127290/06A RU2005127290A RU2319918C2 RU 2319918 C2 RU2319918 C2 RU 2319918C2 RU 2005127290/06 A RU2005127290/06 A RU 2005127290/06A RU 2005127290 A RU2005127290 A RU 2005127290A RU 2319918 C2 RU2319918 C2 RU 2319918C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- tube
- pipes
- plates
- tubes
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в химической, нефтехимической, энергетической и других отраслях промышленности, где осуществляется нагрев или охлаждение технологических жидкостей и растворов.The invention relates to heat exchange equipment and can be used in chemical, petrochemical, energy and other industries where heating or cooling of process liquids and solutions is carried out.
Кожухотрубные многоходовые теплообменники относятся к числу наиболее часто применяемых поверхностных теплообменных аппаратов, в которых перенос тепла между обменивающимися теплом средами происходит через разделяющую их поверхность теплообмена.Shell-and-tube multi-pass heat exchangers are among the most commonly used surface heat exchangers in which heat transfer between heat-exchanging media occurs through a heat-exchange surface separating them.
Известен кожухотрубный многоходовой вертикальный теплообменник, содержащий цилиндрический корпус с крышками, в котором установлены трубные решетки с закрепленными в них теплообменными трубками (Касаткин А.Г, "Основные процессы и аппараты химической технологии". - М.: Химия, 1973, с.з27, рис.VIII-II/). Крышки корпуса и трубные решетки с трубками образуют торцовые растворные камеры, которые разделяют полость корпуса на трубное и межтрубное пространство. Особенностью устройства является то, что в крышках растворных камер установлены продольные перегородки так, что растворные камеры с патрубками подвода и отвода технологической жидкости разделены на входную/первого хода, выходную и поворотную полости. При этом перегородки делят трубный пучок на секции или ходы, что уменьшает суммарное поперечное сечение труб в каждой секции с возрастанием скорости жидкости в трубном пространстве и соответственно интенсивности теплообмена (устройство принято за прототип).Known shell-and-tube multi-pass vertical heat exchanger containing a cylindrical body with covers, in which are installed tube sheets with heat-exchange tubes fixed to them (Kasatkin A.G., "Basic processes and apparatuses of chemical technology". - M.: Chemistry, 1973, p.z27, Fig. VIII-II /). Housing covers and tube sheets with tubes form end mortar chambers that divide the body cavity into the tube and annular spaces. A feature of the device is that longitudinal partitions are installed in the caps of the mortar chambers so that the mortar chambers with nozzles for supplying and discharging the process fluid are divided into inlet / first stroke, outlet and rotary cavities. In this case, the partitions divide the tube bundle into sections or passages, which reduces the total cross section of the tubes in each section with increasing fluid velocity in the tube space and, accordingly, the heat transfer intensity (the device is taken as a prototype).
Недостатки известного теплообменного аппарата заключаются в том, что при движении обрабатываемой жидкости в поворотных камерах вследствие центробежных сил, возникающих при повороте с изменением направления движения жидкости на 180°, основной/транзитный поток ее отжимается к стенке, максимально удаленной от трубной решетки. На поясняющей фиг.1 показано, что после поворота и движения жидкости к трубной решетке неравномерность скоростей в потоке сохраняется и, двигаясь вдоль стенки и набегая на трубную решетку, поток жидкости заполняет лишь часть входных концов трубок. В трубках центральной части каждой секции движение жидкости слабо выражено и определяется лишь эжектирующим действием потока ее по другим теплообменным трубкам. Теплообменные трубки при таком движении жидкости практически не участвуют в процессе теплообмена и являются причиной работы теплообменного аппарата с пониженной по сравнению с возможной эффективностью. Кроме того, в поворотной камере между потоком жидкости, выходящим из теплообменных трубок трубного пучка прямого хода, и потоком, поступающим в теплообменные трубки трубного пучка обратного хода, возникает вихревая зона, интенсивно вращающаяся, перемешивающаяся и деформирующая не только уходящий, но и входящий потоки, и создающая тем самым существенное гидравлическое сопротивление. Эта вихревая зона увеличивается также за счет подсасывающего действия потоков раствора из входных концов трубок, в результате чего образуется дополнительный паразитный поток. Негативные последствия от натекания деформированного /не полного по сечению/ потока на трубную решетку в поворотной камере аналогичны последствиям от неравномерной раздачи по трубной решетке рабочей жидкости, поступающей в теплообменник через зауженный входной патрубок.The disadvantages of the known heat exchanger are that when the processed fluid moves in the rotary chambers due to centrifugal forces arising from the rotation with a change in the direction of fluid movement by 180 °, its main / transit flow is squeezed to the wall that is as far away from the tube sheet as possible. The explanatory figure 1 shows that after the rotation and movement of the fluid to the tube sheet, the uneven velocity in the flow is maintained and, moving along the wall and running onto the tube sheet, the fluid flow fills only part of the inlet ends of the tubes. In the tubes of the central part of each section, the movement of the liquid is weakly expressed and is determined only by the ejective effect of its flow through other heat exchange tubes. Heat exchange tubes with this fluid movement practically do not participate in the heat transfer process and are the reason for the operation of the heat exchanger with reduced efficiency compared to the possible one. In addition, in the rotary chamber between the fluid flow exiting the heat exchange tubes of the forward-flow tube bundle and the flow entering the heat-exchange tubes of the reverse flow tube bundle, a vortex zone arises, intensively rotating, mixing and deforming not only the outgoing, but also the incoming flows, and thereby creating substantial hydraulic resistance. This vortex zone also increases due to the suction action of the solution flows from the inlet ends of the tubes, as a result of which an additional parasitic stream is formed. The negative consequences from the leakage of a deformed / incomplete cross-section / flow onto the tube sheet in the rotary chamber are similar to the consequences of uneven distribution of the working fluid through the tube sheet entering the heat exchanger through a narrowed inlet pipe.
Таким образом, указанные недостатки обуславливают пониженную тепловую эффективность работы устройства в целом.Thus, these disadvantages cause a reduced thermal efficiency of the device as a whole.
Указанные недостатки стимулировали поиск новых технических решений.These shortcomings stimulated the search for new technical solutions.
Предложенное устройство направлено на решение задачи уменьшения гидравлического сопротивления растворного тракта за счет равномерной раздачи поворотного потока по фронту трубных каналов, образованных трубными пучками.The proposed device is aimed at solving the problem of reducing the hydraulic resistance of the solution channel by uniformly distributing the rotary flow along the front of the pipe channels formed by the tube bundles.
Технический результат достигается тем, что в теплообменном многоходовом кожухотрубном аппарате, содержащем трубные решетки с закрепленными в них теплообменными трубами, размещенные в цилиндрическом кожухе с днищами и образующие с днищами кожуха торцевые растворные камеры, разделенные сплошными перегородками, примыкающими к стенкам днищ и трубным решеткам на входную, выходную и поворотные камеры, соединяющие последовательно между собой теплообменные трубы прямого и обратного хода в единый растворный тракт, согласно изобретению поворотные камеры снабжены разделительными перегородками, установленными на трубных решетках между трубами прямого и обратного хода с образованием полостей, сообщающихся между собой через образованные под днищами перепускные отверстия, при этом полости над трубами входа раствора каждого прямого и обратного хода снабжены сотовыми/ячеистыми решетками с прямыми направляющими пластинами стабилизации потока, смонтированными под обрез верхней кромки разделительных перегородок.The technical result is achieved by the fact that in a heat-exchange multi-pass shell-and-tube apparatus containing tube sheets with heat-exchange tubes fixed in them, placed in a cylindrical case with bottoms and forming end solution chambers with the bottoms of the case, separated by solid partitions adjacent to the walls of the bottoms and tube sheets to the inlet , outlet and pivoting chambers connecting in series to each other the heat transfer pipes of the forward and reverse paths into a single solution path, according to the invention, The respective chambers are equipped with dividing walls installed on the tube sheets between the forward and reverse pipes with the formation of cavities communicating with each other through the bypass openings formed under the bottoms, while the cavities above the solution inlet pipes of each forward and reverse pipes are equipped with honeycomb / mesh bars with direct guides flow stabilization plates mounted to trim the upper edge of the separation walls.
При этом разделительные перегородки выполнены высотой не менее 4-6d, где d - внутренний диаметр теплообменных труб. Кроме того, соты/ячейки пластинчатой решетки, образованные пластинами, выполнены со стороной размером не более 0,6-0,7d. А пластины решетки выполнены различной высоты, в пределах 2-3d, и смонтированы в решетке в габаритах ее по высоте, например, в следующем порядке: продольные пластины - высотой 3d, а поперечные - 2d.In this case, the dividing partitions are made with a height of at least 4-6d, where d is the inner diameter of the heat exchange tubes. In addition, the honeycomb / cells of the plate grid formed by the plates are made with a side size of not more than 0.6-0.7d. And the plates of the lattice are made of various heights, within 2-3d, and are mounted in the lattice in dimensions of its height, for example, in the following order: longitudinal plates - height 3d, and transverse - 2d.
Технический результат реализации отличительных признаков выражается в том, что разделительные перегородки трубных пучков прямого и обратного хода в сочетании с сотовыми решетками над трубными пучками обратного хода значительно повышают степень равномерности растекания рабочего потока по фронту трубной решетки, что обеспечивает равномерную раздачу потока практически по всей площади трубных пучков. В результате организованного подвода потока в теплообмене участвуют практически все трубы теплообменника, при этом увеличивается эффективная поверхность теплообмена и обеспечивается эффективный теплоперенос в аппарате в целом. Кроме того, каскадное разделение потока на разновысоких кромках пластин ячеек сотовой решетки в сочетании с определенным размером ячеек предотвращает загрязнение стенок и затягивание ячеек отложениями и оказывают выравнивающее действие с минимальными потерями на гидравлическое сопротивление. Оптимальные геометрические параметры и интервалы соотношений размеров элементов аппарата определены опытным путем и в совокупности обеспечивают ожидаемый технический результат.The technical result of the implementation of the distinguishing features is expressed in the fact that the dividing walls of the forward and reverse tube bundles in combination with honeycombs over the reverse tube bundles significantly increase the degree of uniformity of the spreading of the working flow along the front of the tube grate, which ensures uniform distribution of the flow over almost the entire area of the tube bundles. As a result of the organized flow inlet, almost all heat exchanger tubes participate in the heat exchange, while the effective heat transfer surface is increased and efficient heat transfer in the apparatus as a whole is ensured. In addition, cascading separation of the flow at differently high edges of the plates of the cells of the honeycomb lattice in combination with a certain cell size prevents wall contamination and drawdown of the cells by deposits and have an equalizing effect with minimal loss of hydraulic resistance. The optimal geometric parameters and intervals of the ratios of the sizes of the elements of the apparatus are determined empirically and together provide the expected technical result.
Из анализа научно-технической и патентной литературы заявляемой совокупности признаков не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".From the analysis of scientific, technical and patent literature of the claimed combination of features, it was not revealed, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of "novelty" and "inventive step".
Пример конкретного выполнения предложенного устройства поясняется чертежами, где на фиг.2 схематически изображена растворная камера теплообменного многоходового кожухотрубного аппарата в разрезе, на фиг.3 - поворотная растворная камера - вид А на фиг.2. Устройство содержит цилиндрический кожух/корпус 1 с размещенными в нем трубными решетками 2 и 3, в которых закреплены теплообменные трубки прямого 4 и обратного 5 хода, днища 6 и 7, с патрубками 8 и 9 подвода и отвода рабочей жидкости, образующие с трубными решетками 2, 3 торцовые растворные камеры 10, разделенные сплошными перегородками 11 на секции-ходы, которые образуют входную 12, выходную 13 и поворотные камеры 14 последовательного соединения теплообменных труб в растворный тракт. Трубы прямого 4 и обратного 5 хода в каждой поворотной камере 14 разделены перегородками 15, выполненными высотой не более 4-6 размеров внутреннего диаметра d теплообменных труб и установленными на трубных решетках с образованием перепускных отверстий 16 под днищами 6 и 7. Образованные полости 17 каждой поворотной камеры 14 над трубами входа раствора каждого прямого и обратного хода перекрыты на уровне верхней кромки разделительных перегородок 15 сотовыми решетками 18 с прямыми направляющими пластинами 19, 20 стабилизации потока. Пластины сотовой решетки выполнены разновысокими с размерами от 2-х до 3-х d и смонтированы в решетке в следующем порядке, например, продольные 19 высотой 2d, поперечные 20 высотой 3d с образованием сотовых ячеек 21 со стороной размером от 0,6 до 0,7d.An example of a specific implementation of the proposed device is illustrated by drawings, where Fig. 2 schematically shows a solution chamber of a heat-exchange multi-pass shell-and-tube apparatus in a section, Fig. 3 - rotary mortar chamber - view A in Fig. 2. The device comprises a cylindrical casing /
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Обрабатываемая жидкость/раствор поступает через патрубок в торцовую входную растворную камеру теплообменного аппарата и последовательно через теплообменные трубки прямого и обратного хода поворотных камер проходит весь технологический цикл теплообмена с теплоносителем межтрубного пространства и выводится из аппарата через выходную камеру и патрубок. Проходя через поворотные камеры, поток жидкости из теплообменных труб прямого хода поступает в полости ограниченные стенками камеры и разделительными перегородками, где получает направленное течение и равномерное распределение скорости по сечению. Далее, огибая разделительную перегородку через перепускное отверстие, поток жидкости меняет направление движения на 180° и попадает на сотовую решетку, где гасятся возникшие в нем вихревые потоки и формируется направленное движение жидкости к трубной решетке и к фронту теплообменных труб обратного хода. По этим трубам обрабатываемая жидкость/раствор попадает в следующие поворотные камеры аналогичной конструкции, где указанные гидродинамические процессы повторяются. Из последнего трубного пучка жидкость попадает в выходную растворную камеру и через патрубок выводится из аппарата.The processed liquid / solution enters through the pipe into the end inlet mortar chamber of the heat exchanger and sequentially through the heat exchange tubes of the forward and reverse motion of the rotary chambers passes the entire process cycle of heat exchange with the annular coolant and is removed from the apparatus through the outlet chamber and the pipe. Passing through the rotary chambers, the fluid flow from the direct-flow heat exchange pipes enters the cavities bounded by the chamber walls and dividing walls, where it receives a directed flow and uniform velocity distribution over the cross section. Further, bending around the dividing wall through the bypass hole, the fluid flow changes the direction of movement by 180 ° and enters the honeycomb grid, where the vortex flows arising in it are quenched and a directed fluid movement is formed to the tube sheet and to the front of the return heat transfer tubes. Through these pipes, the processed liquid / solution enters the following rotary chambers of a similar design, where the indicated hydrodynamic processes are repeated. From the last tube bundle, the liquid enters the outlet solution chamber and is discharged from the apparatus through the nozzle.
Благодаря разделению поворотной камеры на две полости с достигнутым опытным путем оптимальными соотношениями размеров разделительной перегородки, перепускного отверстия и ячеек сотовой решетки из разновысоких пластин создаются условия предупреждения образования вихревой зоны транзитных потоков обрабатываемой жидкости перед фронтом трубных пучков обратного хода, что обеспечивает равномерную раздачу потока по всем трубам трубного пучка. В результате организованного таким образом потока в теплообмене участвуют практически все трубы теплообменника, что приводит к рациональному увеличению коэффициента теплопередачи многоходового аппарата.By dividing the pivoting chamber into two cavities with the experimentally achieved optimal ratio of the size of the dividing wall, the bypass hole and the cells of the honeycomb lattice from uneven plates, the conditions are created for preventing the formation of a vortex zone of the transit flows of the treated fluid in front of the front of the return tube bundles, which ensures uniform distribution of the flow across tube bundle pipes. As a result of the flow organized in this way, almost all the heat exchanger tubes participate in the heat exchange, which leads to a rational increase in the heat transfer coefficient of the multi-pass apparatus.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005127290/06A RU2319918C2 (en) | 2005-08-30 | 2005-08-30 | Multi-pass shell-and-tube heat-exchanger |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005127290/06A RU2319918C2 (en) | 2005-08-30 | 2005-08-30 | Multi-pass shell-and-tube heat-exchanger |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005127290A RU2005127290A (en) | 2007-03-10 |
RU2319918C2 true RU2319918C2 (en) | 2008-03-20 |
Family
ID=37992220
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005127290/06A RU2319918C2 (en) | 2005-08-30 | 2005-08-30 | Multi-pass shell-and-tube heat-exchanger |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2319918C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2700990C1 (en) * | 2018-12-04 | 2019-09-24 | Александр Геннадьевич Шершевский | Multistage shell-and-tube heat exchanger |
-
2005
- 2005-08-30 RU RU2005127290/06A patent/RU2319918C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2700990C1 (en) * | 2018-12-04 | 2019-09-24 | Александр Геннадьевич Шершевский | Multistage shell-and-tube heat exchanger |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005127290A (en) | 2007-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3394522B1 (en) | Fired heat exchanger | |
KR101146105B1 (en) | Heat plate for heat exchanger | |
WO2012085337A1 (en) | A shell and tube heat exchanger | |
PL219104B1 (en) | Heat exchanger | |
RU2319918C2 (en) | Multi-pass shell-and-tube heat-exchanger | |
RU51189U1 (en) | HEAT EXCHANGE MULTI-WAY HOUSING AND TUBE UNIT | |
CN218821799U (en) | Prevent effectual heat exchanger of scale deposit | |
US11484862B2 (en) | Network heat exchanger device, method and uses thereof | |
KR20150098451A (en) | Shell and tube type heat exchanger | |
RU2332246C1 (en) | Film-type enthalpy exchanger | |
KR100494185B1 (en) | A heat exchanger of shell - tube type having silicon carbide tube | |
RU2596685C2 (en) | Heat exchange module | |
CN202438164U (en) | Flash evaporator | |
RU2700990C1 (en) | Multistage shell-and-tube heat exchanger | |
RU2334187C1 (en) | Heat exchanger | |
RU79642U1 (en) | VERTICAL NETWORK HEAT EXCHANGER | |
RU2819124C1 (en) | Belt heat exchanger | |
RU2296914C1 (en) | Horizontal heater | |
RU2749474C1 (en) | Vertical shell and tube heat exchanger | |
CN219551271U (en) | Heat exchanger for heating stove | |
RU2674816C1 (en) | Horizontal vapour-liquid heat exchanger | |
CN102580334A (en) | Flash evaporator | |
CN218689518U (en) | Novel continuous flow RTB reactor | |
RU178401U1 (en) | Heat and mass transfer device | |
CN217330817U (en) | Z-shaped baffle plate shell-and-tube heat exchanger for sewage source heat pump |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080831 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20090910 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20100617 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110831 |